DE102004062370A1

DE102004062370A1 - Vorrichtung zur Detektion eines Objekts im Bereich eines beweglich gelagerten Karosserieteils

Info

Publication number: DE102004062370A1
Application number: DE200410062370
Authority: DE
Inventors: Heiner Bayha; Jürgen NIES; Thomas Schuler
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines Objekts im Bereich der gesamten Fläche eines an einem Kraftfahrzeug beweglich gelagerten Karosserieteils, wobei die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung an dem Karosserieteil derart angeordnet sind, dass sich eine von der Strahlung der Sendeeinrichtung eingenommene Abstrahlfläche im Wesentlichen parallel und vollständig über die Fläche des Karosserieteils legt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines Objekts im Bereich eines an einem Kraftfahrzeug beweglich gelagerten Karosserieteils. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, welches eine solche Vorrichtung aufweist.
Bei vor allem sich automatisch bewegenden Karosserieteilen an einem Kraftfahrzeug besteht die Gefahr des Einklemmens von Hindernissen, die sich, wenn auch nur kurzzeitig, im unmittelbaren Bewegungsbereich dieser Karosserieteile befinden können. Insbesondere liegt hier das Augenmerk vermehrt auf menschlichen Gliedmaßen, insbesondere von Kindern.
Es ist daher ein allgemeines Bestreben in der Kraftfahrzeugtechnik, derartige beweglich gelagerte Karosserieteile, welche automatisch angesteuert werden, mit einem Einklemmschutz zu versehen, welcher verhindert, dass die von dem Karosserieteil zu vollführende Bewegung abgeschlossen wird, wenn sich im Bewegungsbereich ein Hindernis befindet. Insbesondere soll eine Berührung des Karosserieteils mit dem Objekt von Anfang an ausgeschlossen sein.
Ein derartiger Einklemmschutz ist im Stand der Technik beispielsweise dadurch realisiert worden, dass der Motorstrom des Aggregats, welcher das Karosserieteil antreibt, überwacht wird. Stößt das Karosserieteil an ein Hindernis, beispielsweise eine eingeklemmte Hand, erhöht sich automatisch der Strom in dem Aggregat. Eine Steuerung stoppt bei einem kritischen Anstieg des Motorstroms unverzüglich den Motor und bewirkt gegebenenfalls eine Bewegung in umgekehrter Richtung.
Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, dass bereits das Karosserieteil konkret in Kontakt mit dem Hindernis steht, so dass insbesondere bei menschlichen Gliedmaßen ein Verletzungsrisiko keinesfalls ausgeschlossen werden kann.
Weitere Einklemmschutzvorrichtungen umfassen taktile Sensoren, welche beispielsweise in einem Dichtgummi integriert sind, welcher sich zwischen bewegenden Karosserieteilen und der feststehenden Karosserie befindet.
Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, berührungslose Überwachungsvorrichtungen zur Detektion von Objekten in räumlichen Bereichen vorzusehen. Diese Vorrichtungen nutzen unterschiedliche Strahlquellen, um über Reflektionseigenschaften und unterschiedliche Laufzeiten der ausgesandten Strahlung, unter Umständen über eine Änderung der Strahlungsfrequenz, Hindernisse zu detektieren.

Beispielsweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 44 565 A1 eine solche Vorrichtung bekannt, bei welcher Objekte im Strahlengang von Sendedioden dadurch detektiert werden, dass zumindest ein Teil der von den Dioden ausgesandten Strahlung reflektiert wird und auf eine Empfangsfläche eines nachgeschalteten Empfängers geleitet wird. Bei Eintritt oder bei einer geringen Bewegung des Objekts in den vordefinierten Strahlengang registriert die in einer Steuereinheit vorgesehene Auswerteelektronik eine Änderung der Strahlungsverhältnisse und gibt ein entsprechendes Signal aus. Die in dieser Druckschrift offenbarte Vorrichtung sendet die zur Überwachung herangezogene Strahlung in die räumliche Umgebung des Karosserieteils, das heißt, es wird der gesamte dreidimensionale Bereich des möglichen Bewegungsraums des Karosserieteils abgedeckt, wobei dieser überwachte Raum im Prinzip keine Grenze hinsichtlich der Ausdehnung der Strahlung aufweist. Bereiche bzw. Objekte, welche sich außerhalb des Bewegungsbereichs des Objekts befinden, und bei denen daher keine Kollisionsgefahr besteht, müssen über entsprechende komplizierte Auswerteschaltungen ausgeblendet werden.

Ausgehend von dem vorgehend geschilderten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Vorrichtung zur Detektion eines Objekts weiter zu bilden, so dass auf einfache Art und Weise ein Objekt detektiert werden kann, ohne dass das zu überwachende Bauteil mit diesem Objekt in Berührung kommt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorzugsweise kommt eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz.

Der Kern der Erfindung liegt demzufolge darin, dass ausschließlich der Bereich der gesamten Fläche eines an einem Kraftfahrzeug beweglich gelagerten Karosserieteils überwacht wird. Hierbei kann es sich um ein schwenkbar oder verschiebbar gelagertes Karosserieteil handeln.

Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung an dem Karosserieteil derart angeordnet sind, dass sich eine von der Strahlung der Sendeeinrichtung eingenommene Abstrahlfläche im Wesentlichen parallel und vollständig über die Fläche des Karosserieteils legt.

Es wird deutlich, dass hierdurch in mittelbarer Umgebung zu dem Karosserieteil befindliche Hindernisse, also bei solchen, bei denen vorerst keine Kollision droht, von der Vorrichtung ausgeblendet werden können. Mit anderen Worten, die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass nur Objekte detektiert werden, welche sich ausschließlich im unmittelbaren Flächenbereich des Karosserieteils befinden.

Ist dies der Fall, so wird aufgrund einer entsprechenden Steuereinheit und Auswerteelektronik die automatische Bewegung des Karosserieteils kurzzeitig unterbunden, was über eine entsprechende Ansteuerung der Stellaggregate auf einfache Art und Weise bewerkstelligt werden kann.

Gemäß der Erfindung legt sich auf die Fläche des Karosserieteils quasi ein "Vorhang", welcher aus einer Strahlung gebildet wird.

Die Abstrahlfläche der Sendeeinrichtung kann auf einfache Art und Weise über eine Gestaltung der Optik der Sendeelemente einer solchen Sendeeinrichtung realisiert werden. Denkbar sind neben einer Fresnel-Optik, Mehrfach-Linsen usw., auch mechanische Abschirmelemente, welche die auszusendende Strahlfläche eingrenzen.

Die sich durch diese Mittel ergebende Abstrahlfläche des "Lichtvorhangs" wird dabei gemäß der Erfindung so ausgelegt, dass Hindergrundobjekte, also Objekte, die sich nicht im direkten Überwachungsbereich der Fläche des beweglich gelagerten Karosserieteils befinden, nicht detektiert werden können.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung weist die Sendeeinrichtung zumindest zwei Sendelemente auf, deren Abstrahlflächen sich überlappen, so dass die gesamte zu überwachende Fläche abgedeckt wird.

In weiteren Ausführungsformen sind mehrere Sendeelemente denkbar, deren Abstrahlflächen sich jeweils überlappen. Hierbei beträgt der Grenzbereich der jeweiligen Abstrahlflächen im Überlappungsbereich mit einer anderen Abstrahlfläche ca. 20% der Strahlleistung des jeweiligen Senders. Durch eine Auswahl eines geeigneten Schwellwertes in einer hierfür vorgesehenen Auswerteelektronik wird sichergestellt, dass stets nur die zu überwachende Fläche trotz der einzelnen Überlappungsbereiche, überwacht wird.

Bedingt durch die Geometrie des Karosserieteils bestimmt sich die Ausdehnung und ggfs. Form der zu überwachenden Gesamtfläche. Auf Basis dieser Gesamtfläche können die Anzahl und die Ausrichtung der Sendeelemente der Sendeeinrichtung und gegebenenfalls mehrerer Empfangselemente der Empfangseinrichtung variiert werden und darauf sowie aufeinander definiert abgestimmt werden.

Die Auswertung beispielsweise der von zwei Sendeelementen und einem Empfangselement definierten Abstrahlfläche erfolgt auf einfache Art und Weise durch das hinlänglich bekannte Messbrückenverfahren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Fläche des zu überwachenden Karosserieteils vollständig von einem Reflektor umgeben. Bei dieser Ausführungsform genügt es lediglich ein Sendeelement und ein Empfangselement vorzusehen, welche einander gegenüberliegend in einer Linie angeordnet sind, da die Abgrenzung der zu überwachenden Fläche durch diesen Reflektor sicher gestellt wird.

Um eine räumlich Zuordnung des möglicherweise mit dem Karosserieteil kollidierenden Objekts zu ermöglichen, werden gemäß der Erfindung die Sende- bzw. Empfangselemente sequenziell angesteuert, wobei über die unterschiedlichen Laufzeiten und Frequenzen der reflektierten Strahlung eine entsprechende Auswertung für die Lokalisierung des Objekts bewerkstelligt werden kann.

Des Weiteren ist es gemäß der Erfindung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen, dass die zumindest zwei Sendeelemente unterschiedliche spektrale Sendecharakteristiken aussenden. Hierdurch können über das unterschiedliche Reflektionsverhalten von unterschiedlichen Materialien der möglichen Objekte diese auf einfache Weise erkannt werden.

Der Wahl der Strahlungen sind bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Grenzen gesetzt. So können die Sendelemente Ultraschallstrahlung, Infrarotstrahlung, Laserstrahlung, Lichtstrahlung, Radarstrahlung oder anderweitige elektromagnetische Wellen aussenden, wie diese allgemein aus der Sensortechnik bekannt sind.

Da sich die Sendelemente und Empfangselemente bei einem Einsatz an einem Karosserieteil in der Regel außenseitig befinden, ist es vorteilhaft, wenn die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung unter einer strahldurchlässigen Schutzschicht für einen Schutz gegen Umwelteinflüsse angeordnet sind.

Es wird deutlich, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine kontaktlose Detektion eines Objekts ermöglicht wird, welches sich im Bewegungsbereich eines schwenkbar oder verschiebbar an einen Kraftfahrzeug angelenkten Karosserieteils befindet. Bei einer drohenden Kollision mit einem Objekt des Karosserieteils werden von einer Steuereinheit entsprechende Signale an die Stellaggregate ausgegeben, so dass ein wirksamer Kollisions- bzw. Einklemmschutz bei sich derart automatisch bewegenden Karosserieteilen realisiert werden kann.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, bei welcher eine Vorrichtung gemäß der Erfindung nach den vorhergehend beschriebenen Ausführungen implementiert ist.

Vorzugsweise befinden sich zumindest ein Sendelement und/oder Empfangselement der Vorrichtung im Bereich der in der Rahmenstruktur der Heckklappe angeordneten Hilfsbremsleuchte, von welcher aus die Fläche der Heckklappe überwacht werden kann.

Um die Öffnungsbewegung der Heckklappe zu überwachen, ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung an der Außenseite der Heckklappe vorgesehen. Zusätzlich kann eine weitere derartige Vorrichtung an der Innenseite der Heckklappe integriert werden, um eine Schließbewegung dieser Heckklappe zu überwachen.

Ein Einklemmschutz lässt sich darüber hinaus dadurch realisieren, dass zumindest Bestandteile der Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung im Bereich des hinteren Kotflügels und/oder des Fahrzeughecks angeordnet sein können.

Die Erfindung soll nun anhand der in den beiliegenden Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 schematisch den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einer an einer schwenkbar gelagerten Heckklappe angeordneten Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
2 schematisch eine Anordnung mit mehreren Sendeelementen und einem Empfangselement zur Überwachung einer vorgegebenen Fläche.
In 1 ist schematisch die Anordnung einer Vorrichtung zur Detektion eines Objekts im Bereich einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
Die Heckklappe 1 ist schwenkbar an einem Kraftfahrzeug 2 gelagert. An ihrer Außenseite weist die Heckklappe 1 ein Sendelement 3 und ein Empfangselement 4 auf, wobei sich das Empfangselement im Bereich des Scharniers der Heckklappe 1 befindet, während das Sendelement 3 das Ende der zu überwachenden äußeren Fläche der Heckklappe 1 abschließt.
In analoger Weise befindet sich an der Innenseite der Heckklappe 1 an deren Ende ein Sendelement 5 und im Scharnierbereich ein weiteres Empfangselement 6.
Das Sendelement 3 und das Empfangselement 4 legen einen Strahlungsvorhang 7 (gestrichelt dargestellt) über die Außenfläche der Heckklappe 1. In analoger Weise legen das Sendelement 5 und das Empfangselement 6 einen Strahlvorhang 8 (gestrichelt dargestellt) über die Innenseite der Heckklappe 1. Beide Strahlungsvorhänge 7 und 8 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu den zu überwachenden Flächen der Heckklappe 1.
In 2 ist schematisch eine Aufteilung einer zu überwachenden Fläche, beispielsweise einer Heckklappe, mit mehreren Sendeelementen gezeigt.
An jeder Ecke der Fläche befindet sich jeweils ein Sendelement 9.1, 9.2, 9.3 und 9.4. Jedem Sendelement ist jeweils eine Abstrahlfläche zugeordnet, dem Sendelement 9.1 die Abstrahlfläche A, dem Sendelement 9.2 die Abstrahlfläche B, dem Sendelement 9.3 die Abstrahlfläche C und schließlich dem Sendelement 9.4 die Abstrahlfläche D.
Wie in 2 zu erkennen ist, überlappen sich sämtliche Abstrahlflächen A, B, C und D um einen bestimmten Anteil, der vorzugsweise ca. 20% der jeweiligen Strahlleistung der einzelnen Sendeelemente entspricht.
An einer Seite der zu überwachenden Fläche ist ein Empfangselement 10 angeordnet, welches in der Lage ist, die Abstrahlcharakteristiken sämtlicher Sendeelemente 9.1 bis 9.4 aufzunehmen.
Wenn es sich im vorliegenden Fall um die Heckklappe eines Kraftfahrzeugs handeln sollte, befinden sich die einzelnen Sendelemente 9.1 bis 9.4 an den jeweiligen Eckpunkten der Fläche, beispielsweise an Übergang von der Heckscheibe zu dem Rahmen, angeordnet, während das Empfangselement 10 vorzugsweise im Bereich der Hilfsbremsleuchte einer solchen Heckklappe 1 vorgesehen ist.

1: Heckklappe
2: Kraftfahrzeug
3: Sendelement
4: Empfangselement
5: Sendelement
6: Empfangselement
7, 8: Strahlungsvorhang
9.1 bis 9.4: Sendeelemente
10: Empfangselement
A, B, C, D: Abstrahlflächen

Claims

Vorrichtung zur Detektion eines Objekts im Bereich der gesamten Fläche eines an einem Kraftfahrzeug beweglich gelagerten Karosserieteils (1), aufweisend eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung an dem Karosserieteil (1) derart angeordnet sind, dass sich eine von der Strahlung der Sendeeinrichtung eingenommene Abstrahlfläche (7, 8, A, B, C, D) im Wesentlichen parallel und vollständig über die Fläche des Karosserieteils (1) legt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Sendeeinrichtung zumindest zwei Sendeelemente (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) aufweist, wobei sich die Abstrahlflächen von zumindest zwei Sendelemente (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Empfangseinrichtung zumindest zwei Empfangselemente (4, 6, 10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Fläche des Karosserieteils (1) vollständig von einem Reflektor umgeben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Sendelemente (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) und die Empfangselemente (4, 6, 10) sequenziell ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Sendelemente (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) Ultraschall, elektromagnetische Wellen, Infrarotstrahlung, Laserstrahlung, Lichtstrahlung und/oder Radarstrahlung aussenden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher zumindest zwei Sendeelemente (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) jeweils eine unterschiedliche spektrale Sendecharakteristik aussenden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche über eine Auswerteelektronik die von der Strahlung der Sendeeinrichtung eingenommene Abstrahlfläche (7, 8; A, B, C, D) definiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung unter einer strahlungsdurchlässigen Schutzschicht angeordnet sind.
Heckklappe eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9.
Heckklappe nach Anspruch 10, bei welcher zumindest ein Sendeelement (3, 5, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4) und/oder ein Empfangselement (4, 6, 10) im Bereich der Hilfsbremsleuchte angeordnet sind/ist.
Heckklappe nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher eine Vorrichtung an der Außenseite der Heckklappe (1) vorgesehen ist.
Heckklappe nach Anspruch 10 oder 12, bei welcher eine Vorrichtung an der Innenseite der Heckklappe (1) vorgesehen ist.
Heckklappe nach Anspruch 10, bei welcher die Sendeeinrichtung oder die Empfangseinrichtung im Bereich der hinteren Kotflügel oder des Fahrzeugshecks angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9 oder mit einer Heckklappe nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13.